数据通信基础教学课程PPT课件.ppt

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1、第2章 数据通信基础,本章内容提要：数据通信的基本概念数据传输方式传输介质多路复用技术数据交换技术,2. 1 数据通信的基本概念,1信息、数据和信号 信息（Information）是反映了客观事物的存在形式和运动状态。信息的载体可以包含数据、文字、语音、图形和图像等多种媒体。 数据（Data）是指在网络中存储、处理和传输的二进制代码，数据是传递信息的载体。,信号（Signal）是数据在传输过程中的电磁波表示形式。根据信号的表示方式不同，信号又分为数字信号和模拟信号两种，数字信号是一种离散式的电脉冲信号，它在时间上是不连续的，是离散性的，一般是由脉冲电压0和1两种状态组成。模拟信号是一种连续变化

2、的电磁波信号。,2码元和码字 码元是指在计算机网络中传送的每一位二进制数字，也称为码位。由7个码元组成的二进制序列称为码字，3报文 报文（message）是指欲发送的整块数据。4. 数据包5. 数据帧6. 数据单元,2.2 数据传输方式,在进行数据传输时，有并行传输和串行传输两种方式。2.2.1 并行传输 并行传输可以一次同时传输若干比特的数据，从发送端到接收端必须建立多条并行的通信信道，常用的并行方式是将构成一个字符的代码的若干位分别通过同样多的并行信道同时传输。,2.2.2 串行传输 串行通信是指通信时的数据流以串行方式在信道上传输。串行传输是一位一位地传送，即同时只传输一个比特位，从发送

3、端到接收端只需一根传输线即可。,串行数据通信有以下3种不同方式：单工通信、半双工通信和全双工通信。1单工通信（双线制） 单工通信指通信信道是单向信道，信号在信道中只能从发送端传送到接收端，即数据信号仅沿一个方向传输，发送端只能发送不能接收，而接收端只能接收而不能发送。,2半双工通信(双线制+开关) 半双工通信是指数据信号有条件沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。3全双工（四线制） 全双工通信是指允许双方同时在两个方向进行数据传输，它相当于将两个方向相反的单工通信方式组合起来，一般采用四个通信信道，即四线制。,2.2.3数据通信的同步

4、技术 在数据通信的过程中，接收端根据发送端的起止时间和重复频率校正自己的基准时间与重复频率的过程称为同步过程。这种使接收端与发送端动作保持统一，以及使通信双方在时间基准上保持一致的技术称为“同步技术”，常用的同步技术有“异步传输方式”和“同步传输方式”两种。,1异步传输方式 在异步传输方式中，发送端可以在任意时刻发送字符，字符之间的间隔时间可以任意变化。该方法是将字符看作一个独立的传送单元，每传送1个字符（7或8位）都要在每个字符码前加1个起始位，以表示字符代码的开始；在字符代码和校验码后面加1或两个停止位，表示字符结束,2同步传输方式 在同步传输中，信息的格式是一组字符或一个二进制位组成的数

5、据块，每个字符不需添加附加起止位和停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符SYN（以01101000表示）或一个同步字节（01111110），用于接收端进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。,2.3 传输介质,传输介质是指通信网络中发送器与接收器之间的物理路径。,2.3.1 有线传输介质1双绞线（Twisted Pair, TP） 双绞线是当前最用的一种传输介质，它由两根具有绝缘保护层的铜导线扭在一起而成，绝缘铜导线按一定的密度绞合在一起，可增强双绞线的抗干扰能力。双绞线既可以传输模拟信号，又可以传输数字信号。价格便宜，且安装简单。双绞线可分为非屏蔽双绞线（Unshield

6、ed Twisted Pair,UTP）和屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair,STP）。, 非屏蔽双绞线（UTP） 非屏蔽双绞线是由不同颜色的（橙、绿、蓝、棕）4对双绞线组合在一起，并用塑料套装，组成双绞电缆。这种采用塑料套装的双绞线称为非屏蔽双绞线。UTP的优点是价格便宜，易于安装。UTP的最大缺点是绝缘性能不好，有信息辐射、容易被窃听。,屏蔽双绞线（STP） 屏蔽双绞线是由不同颜色的（橙、绿、蓝、棕）4对双绞线组合在一起，并用塑料套装，在双绞线和外层保护套中间增加了一层金属屏蔽保护膜，用以减少信号传送时所产生的电磁干扰，它具有减少辐射、防止信息被窃听的功能。如图2-10

7、所示。,屏蔽双绞线具有抗电磁干扰能力强、传输质量高等优点，但它也存在接地要求高、安装比较复杂、成本高的缺点，尤其安装不规范，通信效果会更差。,2同轴电缆（Coaxial Cable） 同轴电缆由4层组成。最里层是一根铜质芯线，这是同轴电缆的导体部分；外加绝缘层，以防止导体与第三层短路；第三层是紧紧缠绕在绝缘体上的金属网屏蔽层；最外一层是用作保护的塑橡外皮。,它具有高带宽和极好的噪声抑制特性。同轴电缆有粗缆和细缆之分。根据同轴电缆的带宽不同，它可以分为两类：基带同轴电缆、宽带同轴电缆。基带同轴电缆一般仅用于数字信号的传输。宽带同轴电缆可以使用频分多路复用方法，使用各种调制方式，支持多路传输。粗同

8、轴电缆适用于大型局域网，它的传输距离长，可靠性高，安装时不需要切断电缆，用夹板装置夹在计算机需要连接的位置。但粗缆必须安装外收发器，安装难度大，总体造价高。细缆则容易安装，造价低，但安装时要切断电缆，装上BNC接头，然后连接在T型连接器两端，容易产生接触不良或接头短路的隐患，这是以太网运行中常见的故障。,3.光纤（Optical Fiber） 光导纤维电缆，简称光纤、光纤电缆或光缆，它是一种传输光束的细而柔软的传输介质。光导纤维电缆通常由一捆纤维组成，因此得名“光缆”。光纤是由石英玻璃拉成细丝，由纤芯和包层构成的双层通信圆柱体，其结构一般是由双层的同心圆柱体组成，中心部分为纤芯。,光纤通信系统

9、由光纤、光发送机和光接收机等部分组成。各部分的主要作用如下： 光发送机主要由光源和驱动两部分组成。它能够产生光束、并将“0”和“1”组成的电信号转换成为光信号，进行光信号的编码，最后把光信号导入光纤。 光接收机主要由光检测和放大两部分组成。它负责接收从光纤上传输的光信号、将光信号转换为电信号、解码后转换成计算机可以处理的“0”和“1”组成的信号。,根据使用的光源和传输模式，光纤可分为多模光纤和单模光纤两种。多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源。其定向性较差。当光纤芯线的直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角度不同，而传播路径也不同，这时，光束是以多种模式在芯线内不断反射而向前传播。

10、这种光纤称为多模光纤。,单模光纤采用注入式激光二极管作为光源，激光的定向性较强。单模光纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进入玻璃芯中的角度差别很小时，能以单一的模式无反射地沿轴向传播。,光纤具有如下的特点:,(1)优点 传输带宽高,通信容量大。 传输损耗小，中继距离长。 误码率低，传输可靠性高。 抗干扰能力强。 保密性好。 抗化学腐蚀能力强。（2）缺点 价格昂贵。 安装十分困难。 要配备光/电转换设备。 单向传输。 脆弱，易断裂。,2.3.2 无线传输介质,无线传输介质简称为无线介质，或空间介质。无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用不任何物理的连接器，通常这种传输介质通过空气进行信

11、号传输。无线传输包括微波、卫星信道、红外线、无线电、移动通信等，下面主要介绍卫星信道和微波信道两种。,1.卫星信道 卫星通信就是利用静止的地球与同步卫星作为中继站的通信系统。地面系统通常采用定向抛物天线。,2微波信道 微波通信（Microwave Communication）是20世纪50年代的产物。如图2-20所示。,2.4多路复用技术,多路复用技术是指在同一传输介质上同时传送多路信号的技术。当传输介质的带宽超过了传输单个信号所需的带宽，人们就通过在一条媒体上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率。多路复用技术的实质是共享物理信道，更加有效地利用通信线路。其工作原理是将一个区域的多

12、个用户信息，通过多路复用器（MUX）汇集到一起，然后，将汇集起来的信息群通过同一条物理线路传送到接收设备的复用器，最后，接收设备端的MUX再将信息群分离成单个的信息，并将其一一发送给多个用户。多路复用技术的优点是：,仅需一条传输线路降低了设备费用多路复用系统对用户是透明的，提高了工作效率。常用的多路复用技术有3种：频分多路复用（frequency division multiplexing,FDM）、时分多路复用（time division multiplexing,TDM）和波分多路复用（wavelength division multiplexing,WDM）。,1.频分多路复用,频分多路

13、复用是将具有一定带宽的信道分割为若干个有较小频带的子信道，每个子信道供一个用户使用。接收时用适当的滤波器分离出不同的信号，分别进行解调接收。如图2-21所示。,图2-21 频分多路复用的原理图,2时分多路复用,时分多路复用是将一条物理信道的传输时间分成若干个时间片轮流地给多个信号源使用，每个时间片被复用的一路信号占用。,图2-22 异步时分多路复用的原理图,3波分多路复用,波分多路复用在概念上与频分多路复用相似，因此也称其为光的频分复用。所不同的是波分多路复用技术应用于全光纤组成的网络中。所谓波分多路复用是指在一根光纤上能同时传送多个波长不同的光载波的复用技术。通过波分多路复用技术，可使原来在

14、一根光纤上只能传输一个光载波的单一光信道，变为可传输多个不同波长光载波的光信道，使得光纤的传输能力成倍增加，也可以利用不同波长沿不同方向传输来实现单根光纤的双向传输。,图2-23显示的是一种在光纤上获得波分复用的简单方法,图2-23 波分多路复用,2.5 数据交换技术,一般来说，通信子网根据网络结构的不同可以分为交换通信子网和广播通信子网。广播通信网络中通信方式是广播式，所有网络节点共享通信媒体，不需要中间节点的介入。 广域网通常采用交换网，它是由若干个网络节点按照某一拓扑结构相互连接而成的。数据的传送从源节点开始，经过若干中间节点的转发（交换），最终到达目的节点，如图2-24所示。,通常将数

15、据在通信子网中节点间的数据传输过程统称为数据交换。其对应的技术称为数据交换技术。在传统的广域网的通信子网中，使用的数据交换技术可分为两大类：线路交换技术和存储转发交换技术。存储转发交换技术又可分：报文交换技术和分组交换技术。,图2-24 一般的数据交换网络, 线路交换,线路交换（circuit switching）也叫电路交换，是通信领域最早使用的交换方式。通过电路交换进行通信，就是要通过中间交换节点在两个站点之间建立一条专用的通信线路，在该通信线路间可能经过许多中间节点，连接两个相邻节点的物理链路可能有多条逻辑信道，其中某一条逻辑信道专供这条连接使用，在两个节点的数据传输完成之后释放该连接，

16、该连接中所分配的逻辑信道也得以释放。,建立电路,在传输任何数据之前，必须建立端到端（站到站）的物理连接，如图2-25所示。,图2-25线路交换的工作原理,传输数据电路建立完成后，就可以在这条临时的专用电路上传输数据，通常为全双工传输拆除电路数据传输结束后，源节点发出释放请求信息，请求终止通信，要释放(拆除)该物理链路。, 存储转发交换,由于线路交换技术存在线路利用率低，不适宜计算机网络之间的通信，因此，必须研究其他合适的交换技术，才能符合计算机网络的发展。1964年8月，巴兰(Baran)首先提出了使用存储转发技术的分组交换的概念。1969年12月美国的分组交换网络ARPANet投入运行，从此

17、计算机网络技术的发展进入了一个新的时代，并标志着现代电信时代的开始。存储交换(store and forward switching)也叫存储转发其原理如图2-26所示。,图2-26 存储转发交换方式,存储交换又可分为报文交换（message switching）和分组交换(packetswitching)两种方式。, 报文交换,报文交换是基于存储转发原理的一种交换技术。它不要求在两个通信结点之间建立专用通路。当发送方有数据块要发送时，它把数据块（不管尺寸的大小）加上目的地址、源地址与控制信息作为一个整体，按一定格式打包组成报文（message）。报文由报头、报文正文和报尾3部分组成。报头和报

18、尾(有时省略报尾)包含了收发站地址及辅助控制等信息。,在发送站，先将要发送的信息分割组成一个个的报文，然后发送到相邻的结点，报文在结点存储等待。每一个结点接收整个报文，检查目标结点地址。然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一个结点。经过多次的存储转发，最后到达目标结点(见图2-27)。,图227 报文交换, 分组交换,分组交换(packet switching)也叫包交换。分组交换是1964年提出来的，最早在ARPANET上得以应用。分组交换方式是把报文分割成具有统一格式、一定长度的若干个分组(packet)。它是以简短的、标准的报文分组为单位进行交换传输。每个报文分组都附加上收发地址

19、、分组序号和校验码等，以便于存储转发。分组交换与报文交换的工作方式基本相同，所不同之处在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度。,通常的最大长度是一千位至几千位，称为包（Packets）。而在报文交换系统却适应更长的报文。在数据实际传输的过程中，通常把最大长度的报文的数据块按限定的大小分割成一个个小段，为每个小段加上有关的地址信息以及段的分割信息并组成一个数据包，然后逐个节点发送。分组交换在实际应用中有两种类型，一种叫数据报（DG, data gram），另一种叫虚电路（VC, Virtual Circuit）。,数据报。类似于报文交换。交换网把进网的任一分组都当作单独的“小报文”来处理

20、，而不管它是属于哪个报文的分组，作为基本传输单位的“小报文”被称为数据报。虚电路。类似于电路交换。这种方式要求数据在传送以前，发送和接收双方在网络中建立起一条逻辑上连接的路径，这条路径被称为虚电路。,5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一

21、些事理，毕竟每个人都是越活越现实。10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。14、一个人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩

22、棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。6、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。7、每个人的心里，都藏着一个了不起的自己，只要你不颓废，不消极，一直悄悄酝酿着乐观，培养着豁达，坚持着善良，只

23、要在路上，就没有到达不了的远方！8、不要活在别人眼中，更不要活在别人嘴中。世界不会因为你的抱怨不满而为你改变，你能做到的只有改变你自己！9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天赐，不都是一路披荆斩棘才换来的。10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你会觉得解脱。但舌头总会不由自主地往那个空空的牙洞里舔，一天数次。不痛了不代表你能完全无视，留下的那个空缺永远都在，偶尔甚至会异常挂念。适应是需要时间的，但牙总是要拔，因为太痛，所以终归还是要放手，随它去。11、这个世界其实很公平，你想要比别人强，你就必须去做别人不想做的事，你想要过更好的生活，你就必须去承受更多的困难，承受别人不能承受的压力。12、逆境给

24、人宝贵的磨炼机会。只有经得起环境考验的人，才能算是真正的强者。自古以来的伟人，大多是抱着不屈不挠的精神，从逆境中挣扎奋斗过来的。13、不同的人生，有不同的幸福。去发现你所拥有幸运，少抱怨上苍的不公，把握属于自己的幸福。你，我，我们大家都可以经历幸福的人生。14、给自己一份坚强，擦干眼泪；给自己一份自信，不卑不亢；给自己一份洒脱，悠然前行。轻轻品，静静藏。为了看阳光，我来到这世上；为了与阳光同行，我笑对忧伤。15、总不能流血就喊痛，怕黑就开灯，想念就联系，疲惫就放空，被孤立就讨好，脆弱就想家，不要被现在而蒙蔽双眼，终究是要长大，最漆黑的那段路终要自己走完。5、从来不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站

25、起来，才是最大的荣耀。6、这个世界到处充满着不公平，我们能做的不仅仅是接受，还要试着做一些反抗。7、一个最困苦、最卑贱、最为命运所屈辱的人，只要还抱有希望，便无所怨惧。8、有些人，因为陪你走的时间长了，你便淡然了，其实是他们给你撑起了生命的天空；有些人，分开了，就忘了吧，残缺是一种大美。9、照自己的意思去理解自己，不要小看自己，被别人的意见引入歧途。10、没人能让我输，除非我不想赢！11、花开不是为了花落，而是为了开的更加灿烂。12、随随便便浪费的时间，再也不能赢回来。13、不管从什么时候开始，重要的是开始以后不要停止；不管在什么时候结束，重要的是结束以后不要后悔。14、当你决定坚持一件事情，全世界都会为你让路。15、只有在开水里，茶叶才能展开生命浓郁的香气。,